ВВЕДЕНИЕ
Индукционный каротаж (ИК) – один из наиболее важных методов электрического каротажа. При ИК удельную электрическую проводимость горных пород, пересечённых стволом скважины, изучают с помощью специальной установки – зонда, принимающего сигналы, индуцированные вихревыми токами окружающей среды. Индукционный каротаж основан на изучении распределения электромагнитного поля в пространстве, окружающем зонд, в зависимости от удельной электропроводности горных пород. В отличии от других методов электрического каротажа, индукционный каротаж бесконтактный, т. е. посредством индукционного зонда измеряют проводимость горных пород, не посылаю в них через электроды электрический ток. Таким образом, предоставляется возможность исследовать сухие скважины и скважины, заполненные промывочной жидкостью, приготовленной на нефтяной основе. Кроме того, индукционные зонды имеют лучшую разрешающую способность по мощности и больший радиус исследования изучаемой среды.
Физико-геологические основы
Для исследования скважин глубиной менее 1 км, каротажную лебедку и измерительную аппаратуру комплектуют на одном транспортном средстве. Мелкие (гидрогеологические, инженерно-геологические и геоэкологические) скважины исследуют с помощью переносной аппаратуры, включающую лебедку, блок-баланс, скважинные приборы и наземную регистрирующую аппаратуру.
В скважине геофизические датчики поля, помещенные в скважинные приборы как нигде (за исключением случаев наземных геофизических съемок на участках коренных невыветрелых пород) приближены к геологическим объектам, т.е. к пластам горных пород. И казалось бы регистрируемые параметры должны быть близкими к истинным. Однако это в большинстве случаев не так. Во-первых, влияет буровой раствор, заполняющий скважину. Во-вторых, под воздействием бурового инструмента частично изменяются физико-химические условия естественного залегания пород в прилегающем к стенке скважины пространстве. Изменяются также геостатическое давление и температура. В-третьих, в рыхлых, хрупких и трещиноватых породах под действием бурового инструмента и промывочной жидкости образуется каверны (увеличивается диаметр скважины). В-четвертых, под действием давления, превышающее пластовое, в пористые, проницаемые породы проникает промывочная жидкость притом, что в силу пор малого размера (от сотен до единиц микрометров) проникает не вся жидкость, а ее фильтрат Глинистые же частицы. оседают на стенке скважины, и образуется глинистая корка, которая препятствует разрушению породы и снижает дальнейшее поступление фильтрата жидкости в пласт. В зоне фильтрата физические свойства изменены, так как фильтрат вытесняет в значительной мере первоначальный флюид (воду, нефть, газ). Образуется так называемая промытая зона. В-пятых, размер измерительных датчиков не во всех случаях соответствует толщинам пластов и в этом случае наблюдается их взаимное воздействие на деформацию используемого при каротаже поля. Наконец на принятие параметров поля в скважине влияет наклон слоев и тем сильнее, чем больше углы падения. Таким образом, в скважине при каротажных исследованиях, как и в наземной геофизике регистрируют преимущественно кажущиеся параметры. Следовательно, процесс интерпретации, особенно количественный требует постановки и решения прямых и обратных задач.
Физические основы метода ИК
Индукционные методы применяются для исследования вторичного электромагнитного поля среды, электродвижущая сила (э.д.с.) которого прямо пропорциональна электропроводности горных пород. Вторичное электромагнитное поле возникает в окружающей среде за счет вихревых потоков, которые индуцированы катушкой, питающейся от помещённого в скважину генератора переменного тока.
Индукционные методы принципиально отличаются от других методов стационарного и квазистационарного электрических полей, прежде всего, тем, что для создания вторичного электромагнитного поля в горных породах не требуется непосредственного (гальванического) контакта зондовой установки с окружающей средой. Если в методах КС, ТМ, ВП электрический ток распространяется в горные породы от токовых электродов через слой проводящей жидкости (промывочной), то в индукционных методах электроды как таковые не используются, и вторичное электромагнитное поле формируется в горных породах за счет индуктивной связи первичного электромагнитного поля со средой, окружающей зонд. Следовательно, индукционные методы позволяют изучать разрезы скважин, пробуренных с обычной промывочной жидкостью и с промывочной жидкостью на нефтяной или другой основе, плохо проводящей электрический ток.
Индукционные методы отличаются также характером распределения вторичных токов, индуцированных генераторной катушкой в горных породах: их токовые линии лежат в плоскостях, перпендикулярных к оси генераторной катушки. В однородной среде линии вихревых токов представляют собой окружности с центрами на оси прибора. При таком распределении токовых линий можно более точно определить истинное удельное сопротивление пластов, а влияние электропроводности вмещающих пород на показания индукционных методов существенно уменьшается.
Физическое поле
Сущность метода заключается в следующем. При проведении индукционного каротажа (ИК) изучается удельная электрическая проводимость горных пород посредством индуцированных (наведенных) токов. Для этого в скважину опускается прибор (зонд) имеющий в своем составе генераторную (Г) и измерительную (И) катушки. Расстояние между генераторной и измерительной называется длиной зонда.
При пропускании через излучающую катушку переменного тока частотой, вырабатываемого генератором, вокруг катушки и в окружающей среде создается переменное магнитное поле. Это поле создает в свою очередь в окружающей среде переменные токи (рис.1).
Рисунок 1 - Схема работы зонда при проведении индукционного каротажа
При проведение измерений в генераторной катушке с помощью переменного тока устанавливается переменное магнитное поле. Согласно закону Фарадея, в это время в горной породе возникает электромагнитные вихревые токи, которые фиксируются измерительной катушкой зонда. Величина вихревых токов возникающих в горной породе зависит от величины её удельной электропроводности.
Чем выше электропроводность среды, тем больше величина ЭДС вихревых токов. В свою очередь, магнитное поле вихревых токов индуцирует в приемной катушке скважинного прибора ЭДС, представляющую собой векторную сумму активной составляющей, совпадающей по фазе с током питания генераторной катушки, и реактивной составляющей, сдвинутой на 90° относительно питающего тока. С ростом электропроводности среды ЭДС активного сигнала увеличивается медленнее и по более сложному закону.
Для снижения влияния скважины, зоны проникновения и вмещающих пород на результаты ИК используют фокусировку электромагнитного поля. Для этого применяют многокатушечные фокусирующие зонды, которые рассматриваются как совокупность двухкатушечных зондов, образованных всеми парами генераторных и измерительных катушек зонда. Основное преимущество метода ИК состоит в том, что при его выполнении нет необходимости прямом электрическом контакте между измерительным зондом и горной породой, следовательно, ИК эффективен при изучении скважин заполненных непроводящими буровыми растворами на нефтяной основе.